Thiết kế máy biến áp ngâm dầu ba pha

uấn đồng giảm đi . β nhỏ m.b.a gầy và cao , β lớn thì m.b.a béo và thấp. Như vậy chọn β sẽ ảnh hưởng đến kích thước và vật liệu làm m.b.a . Sự thay đổi β cũng làm thay đổi các thông số kĩ thuật m.b.a như tổn hao và dòng điện không tải , độ bền cơ học và sự phát nóng của dây quấn, kích thước chung của cả máy . II: Lựa chọn các thông số kĩ thuật m.b.a -Dựa vào bảng số liệu tính toán và đồ thị so sánh với yêu cầu của bài toán đặt ra lựa chọn β tối ưu sẽ là : β=2,3 Ta có :Công suất P0 =595,205< [P0]=640w -Dòng không tải cho phép :I0x=1,694%≤ [i0x]= 1,7% -Gía thành Ctd=751.806 :Phụ thuộc vào vật liệu làm dây quấn và lõi sắt . *Nghiệm lại các thông số MBA . + Đường kính trụ sắt . d=A .4β =0,14. 42.3 =0,172 (m) Tính lại : β =( dA)4 = (0,1720,14)4 ≈ 2,278 Khi đó x= 4β = 42.278 =1.23 +Trọng lượng trụ : GT=181,809Kg +Trọng lượng gông GG =262,341 Kg ->Tổng trọng lượng trụ và gông : 444,15 Kg +Tổn hao không tải : P0= 593,712 w +Dòng điện không tải : Iox = 1,684 +Trọng lượng dây quấn : Gdq=169,642 Kg +Mật độ dòng điện : ∆=4,12 A/m2 +Gía thành vật liệu Ctd =751,642 +Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ : d12=a.d=1,36.0,172=0,234 m 12, Chiều cao dây quấn sơ bộ l=π.d12β = 3,14.0,2342,278=0,3225 (m) 13. Tiết diện hữu hiệu của lõi sắt . TT=Kđ.Tt=0,96.0,02279≈0,022(m2) Tra bảng [42b-TL1] Tb=0,02279 m2 -Các số liệu ta tính toán chỉ mang tính chất sơ bộ , có thể ta sẽ phải điều chỉnh lại những con số này trong quá trình hoàn thiện về sau . *Bảng 2: Tổng kết tính toán các thông số cơ bản MBA chương 2 . STT Name Nember 1 Β tối ưu 2,278 2 Tổn hao không tải .P0(w) 593,712 3 Dòng điện không tải I0x(A) 1,684 4 Trọng lượng dây quấn Gdq (Kg) 169,642 5 Mật độ dòng điện ∆( A/m2) 4,12 6 Trọng lượng dây quấn : Gdq(Kg) 169,642 7 Trọng lượng trụ : GT(Kg) 181,809 8 Trọng lượng gông GG ( Kg) 262,341 9 Gía thành vật liệu Ctd 751,642 10 Đường kính trụ sắt 0,172 11 Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ: d12 (m) 0,234 12 Chiều cao dây quấn sơ bộ: l (m) 0,3225 13 Tiết diện hữu hiệu của lõi sắt: TT (m2) 0,022 Chương 3:Tính toán dây quấn máy biến áp Các yêu cầu chung đối với dây quấn 3.1.1 : Yêu cầu về vận hành Về mặt điện Đảm bảo cách điện của máy biến áp phải tốt Sự quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp làm việc bình thường không ảnh hưởng đến cách điện chính của máy biến áp (cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ máy). Sự quá điện áp do sét đánh lên đường dây không ảnh hưởng đến cách điện dọc của máy biến áp (cách điện giữa các vòng dây,lớp dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn). Về mặt cơ học Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên. Về mặt chịu nhiệt Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch,trong một thời gian nhất định,dây quấn không được có nhiệt độ cao quá. Nhiệt độ cao làm lớp cách điện của dây quấn máy biến áp nhanh chóng hư hỏng hoặc bị già hóa làm cho nó mất tính đàn hồi,hóa giòn và mất tính cách điện. Khi thiết kế đảm bảo tuổi thọ của chất cách điện từ 15 – 20 năm. 3.1.2 : Yêu cầu về chế tạo Kết cấu đơn giản,tốn ít nguyên liệu và nhân công. Thời gian chế tạo ngắn Giá thành hạ Đảm bảo được các yêu cầu về mặt vận hành. →Khi ta thiết kế , tính toán dây quấn cần phải kết hợp một cách hợp lý,hiệu quả các yêu cầu trên. Ta thiết kế dây quấn theo 3 bước Chọn kiểu và kết cấu dây quấn Tính toán,sắp xếp và bố trí dây quấn Tính toán các đặc tính của dây quấn máy biến áp. Tính toán dây quấn hạ áp . Trong trường hợp MBA này là hai dây quấn , cuộn hạ áp quấn trong , cuộn CA quấn ngoài , như vậy ta sẽ tính toán cuộn dây HA trước , sau đó tính đến cuộn cao áp . 1.Tính điện áp một vòng dây . Uv2= 4,44.f.BT.TT (3.1) Trong đó : f =50 HZ tần số nguồn cấp . BT =1,56 : cảm ứng từ (Lựa chọn theo chương 2) TT=0,022(m2) : Tiết diện hữu hiệu cuả lõi sắt . (Lựa chọn theo kết quả tính toán chương 2) Thay số vào công thức (3.1) ta được : Uv=4,44.50.1,56.0,022 =7,619 (V) 2.Số vòng dây của một pha dây quấn HA . W2= Uf2Uv (vòng) (3.2) Trong đó : +Uf2=231 V điện áp định mức phía HA (Lựa chọn theo kết quả tính toán chương II) +Uv2=7,619 V : điện áp một vòng dây . Thay số vào cong thức (3.2) ta được : W2= 2317,619 = 30,3 (Vòng) Lầm tròn số : W2=30 (vòng) Tính lại điện áp của một vòng dây : Uv2= Uf1W1 =23130= 7,7 V 3.Tính mật độ dòng điện trung bình trong dây quấn HA . ∆tb=0,746.kfPnuvS.d12.104 (3.3) (đối với dây đồng.) Trong đó : + kf:là hệ số kể đến tổn hao phụ trong dây quấn.( Tra bảng 15-tr.186 . Lựa chọn kf=0,93 (Lựa chọn theo kết quả tính toán chương 2) +d12= 0,238 m: là đường kính trung bình của một rãnh dầu giữa các dây quấn. (Lựa chọn theo kết quả tính toán chương 2) +Pn =3000W là tổn hao ngắn mạch của MBA (Theo lý thuyết đã cho) +uv2=7,7 V: là điện áp mỗi vòng dây . Thay số vào công thức (3.3) được : ∆tb =0,746.0,93.3000.7,7250.0,238.104= 2,69.106 (A/m2) Nghiệm lại giá trị ∆tb theo bảng 37_Trang 201_TL1 . Với công suất định mức S=250KVA tra được ∆tb = 2,2÷ 3.5 A/mm2 Như vậy ∆tb =2.69 (A/mm2) thỏa mãn yêu cầu . 4.Tính tiết diện vòng dây sơ bộ . T2= If2∆tb (3.4) Trong đó : +If2=360,8 A điện áp đinh mức phía hạ áp . +∆tb=2,69 (A/mm2): mật độ dòng điện trung bình trong dây quấn HA Thay số vào công thức (3.4) ta được : T2= If2∆tb = 360,82,69 =134,126 (mm2) 5.Chọn kết cấu dây quấn HA . -Tra bảng 38_ Trang 202_TL1 , so sánh với các thông số bài ra và tính toán : +S=250 KVA : công suất định mức MBA +If2=360,8 A dòng điện dây quấn HA. +Uf2=231 V : Điện áp phía HA +T2=134,126 mm2 : tiết diện vòng dây sơ bộ . +Ta chọn kết cấu dây quấn phía HA , kiểu dây quấn hình ống hai lớp dây dẫn hình chữ nhật. +Số đệm cách điện giữa mỗi bánh dây là 8 (Tra bảng 30 TL1_Trang 197) 5.1: Số vòng dây trong một lớp Dây quấn hai lớp : W22 = W2n (3.6) Trong đó: +w2=30 vòng : số vòng dây quấn tính sơ bộ . +n=2 : số lớp Thay số vào công thức (3.6) ta được : W22 = 302 =15 (vòng ) 5.2: Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây (kể cả cách điện ) sơ bộ. hv2=l2W2+1 m (3.7) Trong đó: +Trong đó l 2 là chiều cao dây quấn : l2 =0,316 m ( tính toán ở chương 2) +W2 = 30 (vòng) Thay số vào công thức (3.7) ta được : hv2=0,31630+1 = 0,01 (m) =10 mm Ghi trú : Số vòng dây tang thêm +1 là vì muốn quấn thành ống dây phải chuyển sang vòng sau do đó tuy mới được 1 vòng nhưng chiều cao phải được tang thêm 1 vòng ở chỗ chuyển vòng . 5.3: Tiết diện sơ bộ của một vòng dây quấn HA T2= 134,126 (mm2) 5.4 : Chọn dây dẫn . -Căn cứ vào chiều cao hướng trục hv2 và tiết diện sơ bộ của một vòng dây T2 chọn dây dẫn HA . Chọn dây lưu ý những điểm sau: + Số sợi dây chập không quá 4 đến 6 sợi . +Không nên dùng nhiều sợi (quá 2) sợi có tiết diện khác nhau vì rất bất tiện cho việc đặt hàng . +Kích thước hướng kính của các sợi phải bằng nhau . +Nên quấn nẹp sợi dây dẫn , nếu quấn dựng thì chỉ nên dùng trong các trường hợp tỷ lệ kích thước dây ở trong phạm vi 1,3<b/a<3 . Hình ? :Xác định chiều cao của vòng dây . -Lựa chọn cạnh lớn của sợi dây : b Đối với dây đồng : b≤ q.k/(1,07.∆2.10-8) (3.8) Trong đó : + k =0,75 hệ số che khuất đối với dây quấn hình ống dây chữ nhật . +q≤ 1200÷ 1400 w/m2 mật độ nhiệt phát ra từ bề mặt dây quấn (Chọn q=1200 w/m2) . +∆ = 2,69 A/mm2 =2,69 A/mm2 Thay số vào công thức (3.8) được : b≤ 1200.0,75/(1,07.2,692.1012.10-8) =0,0116 m = 11,6 mm + Tra bảng 21-Trang191-TL1: ta chọn b= 10mm , a =4mm , tiết diện dây dẫn Td2= 39,1 mm2 Lưu ý :Chon dây dẫn có tiết diện lớn sẽ đỡ phức tạp về công nghệ quấn dây , kết cấu gọn , nhưng sẽ hạn chế về điều kiện tản nhiệt của dây quấn và tổn hao phụ cho phép do dòng xoáy gây nên bởi trường từ tản . + Chọn số đệm cách điện : Tra bảng 30_Trang 197_TL1 So sánh ứng với S=250KVA ta chon số đệm giữa các bánh dây là 8 . +Tính số vòng dây chập song song sơ bộ được tính như sau ΠƂ×nv2=T2Td2=134,12639,1 (3.9) nv 2≈3,43 →Chọn nv2=4 Kích thước dây dẫn chọn như sau (Mã hiệu ΠƂ) nv2×a×ba'×b';Td2 Có a'=a+2δb'=b+2δ Với δ là bề dầy cách điện dây quấn;với dây quấn ta chọn, theo ghi chú bảng 21_Trang192_TL1 ta có 2δ=0,45 a'=4+2δ=4,45b'=10+2δ=10,45 (mm) Vậy ta có quy cách dây dẫn ΠƂ×4 ×4×104,45×10,45;39,1 5.5 . Tiết diện mỗi vòng dây gồm nv1 sợi dây chập đã chọn là : T2' =1nv1Td2.10-6 = 4.39,1.10-6 =1,564 .10-4 (m2) 5.6. Mật độ dòng điện thực trong dây dẫn . ∆2=If2T2' = 360,8156,4.10-4≈ 2,31 ( A/mm2 ) (4.0) 5.7: Chiều cao tính toán của dây quấn HA . l2 = hv2(w22+1) +( 0,005÷0,015) ( m) (4.1) Trong đó : +Trị số 0,005÷0,015m là kể đến việc quấn dây không chặt. + W22= 15 vòng + hv2 =0,01 m →l2=0,0115+1+0,01=0,17 ( m ) .Bề dày của dây quấn A2 = (2a’ + a11 ).10-3 (4.2) Trong đó : a11 =5mm là khoảng cách giữa 2 lớp của dây quấn ống kép . a’ = 4,45 mm Thay số vào công thức (4.2) ta được : a2 = (2.4,45 + 5).10-3= 0,0139 ( m ) 5.9.Đường kính trong của dây quấn HA D'2=d+2.a01.10-3 (4.3) Trong đó: + a01=0,004m : Khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn HA . (Tra bảng 18__Trang 188_TL1) +d=0,175 đường kính trụ sắt . (Chọn theo kết quả chương 2) Thay số vào (4.3) được :D’ =0,172+2. 4.10-3= 0,1744 ( m ) 5.10 :Đường kính ngoài của dây quấn HA D"2=D'2+2.a1 (4.4) Trong đó : + a1= 0,013 m : bề dày cuộn hạ áp . Thay số ta được : D"2=0,1744+2.0,013= 0,2004 ( m ) 5.11 :Trọng lượng đồng dây quấn hạ áp GCu 2=28.103.t.D'2+D"22w2.T2' (4.5) =28.103.3.0,1744 +0,20042.30.1,564.10-4 ↔GCu 2≈73,86 (kg) Tra bảng 24 trang 194 [Phụ lục 1] →Ta phải tăng trọng lượng dây quấn do cách điện lên thêm 1,5% bằng 1,16 (kg) GCu 2≈ 73,86 + 73,86.0,015 = 74,97 (kg) :Bề mặt làm lạnh của dây quấn M2 = ( n+1).t.k. π.( D'2+ D"2)l2 (4.6) Trong đó : +n=2: là số rãnh dầu dọc trụ của dây quấn HA. +k=0,75 hệ số kể đến bề mặt dây quấn bị tấm đệm che khuất . +t=3: số trụ tác dụng . M2 = ( 2+1).3.0,75. π.(0,1774+0,2004).0,17 = 1,36 (m2) : Tính dây quấn cao áp (CA). Chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp Theo bảng 38 trang 202 [Phụ lục 1] ta có thể dùng sơ đồ điều chỉnh điện áp :Hình 3.37a hoặc b Hình 3.37: a b Chú ý : Khi điều chỉnh điện áp sẽ có một số vòng dây không có dòng điện do đó có lực tác dụng lên trọng tâm các dây quấn lệch đi (hình 3.36) làm cho MBA phải chịu những lực chiều trục đáng kể . Để tránh lực cơ học tác dụng lên các vòng dây khi ngắn mạch,thường đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp ngoài cùng,mỗi nấc điều chỉnh được bố trí thành 2 nhóm trên dưới nối tiếp nhau (hình3.37b) và phân bố trên toàn chiều cao dây quấn nên không xuất hiện lực chiều trục. Hình3.36:Sự xuất hiện lực chiều trục trong cuộn dây khi có điều chỉnh điện áp Các đầu phân áp được nối vào các cực của bộ đổi nối 3 pha. Ở đây ta lựa chọn điều chỉnh điện áp CA bằng tay khi M.B.A đã được cắt ra khỏi lưới điện (điều chỉnh điện áp không kích thích KKT) Theo tiêu chuẩn quốc tế những năm gần đây đối với MBA có ông suất 250KVA ta sử dụng 4 cấp điều chỉnh điện áp ±5 , ±2,5 . Uđc = 10/0,4±n.2,5%(KV) (4.7) Với n ={1 ; 2} Với việc chuyển đổi các đầu điều chỉnh điện áp được tiến hành nhờ bộ đổi nối riêng đặt trong m.b.a có tay quay điều khiển gắn trên thùng. +Điện áp làm việc Ulv=10%.Uf1=10%.10=1 (KV) (4.8) +Điện áp thử : Uthử=2.10%.Uf1=2 (KV) (4.9) +Dòng điện làm việc qua tiếp điểm Itđ=If1=8.31 (A) Tính số vòng dây CA ứng với điện áp định mức . W1đm= W2.Uf1Uf2 (5.0) Trong đó : +W2=30 vòng: số vòng dây cuộn sơ cấp ứng với điện áp định mức phía HA. +Uf1=10KVA điện áp định mức phía CA +Uf2=0,231KVA điện áp định mức phía HA . Thay số vào (4.7) ta được : W1đm= 30.0,23110 =1298,7 vòng . Lấy tròn số : : W1đm =1299 . Số vòng dây CA ở một cấp điều chỉnh . wđc Do có 4 cấp điều chỉnh nên : wđc=2,5%.w1đm (5.1) Thay số ta có : wđc=2,5%.1299=32,475 (vòng) Làm chòn wđc≈33 (vòng) Số vòng dây tương ứng trên các đầu phân áp . w1.1=w1đm+2. wđc=1299+2.33=1365vòng w1.2=w1đm+ wđc=1299+33=1332 (vòng) w1.3=w1đm=1299(vòng) w1.4=w1đm- wđc=1299-33=1266 (vòng) w1.5=w1đm-2.wđc=1299-2.33=1233 (vòng) Sơ bộ chọn mật độ dòng điện ∆1≈2.∆tb-∆2 (5.2) Trong đó : +∆tb =2,69 A/mm2 mật độ dòng điện trung bình trong dây quấn cao áp . +∆2=2,31 A/mm2 Mật độ dòng điện thực trong dây dẫn Thay số vào (5.2) ta được : ∆1 =2.2,69-2,31=3,07(A/mm2) Tính sơ bộ tính thiết diện vòng dây CA T1=If1∆1 (5.3) Thay số : If1 = 8,31 A dòng điện định mức phía CA ∆1=3,07(A/mm2) T1=8,313,07≈2,707 (mm2) Chọn kết cấu dây quấn cao áp Ở phần trên ta đã chọn được kiểu dây quấn CA(sơ cấp) là hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn.Ưu điểm của kiểu dây này là có thể quấn được nhiểu lớp,chế tạo đơn giản,tuy nhiên không tránh khỏi nhược điểm là khi công suất tăng thì độ bền cơ giảm. Hình3.46:Dây quấn hình ống nhiều lớp dây dẫn tròn Ta dùng dây dẫn để quấn có kích thước như sau Mã hiệu dây×nv 1×d1d'1;Tiết diện mỗi sợi dây Td1 Trong đó : nv 1số sợi dây ghép chập. d1 : đường kính dây trần . d'1:đường kính dây có cách điện . Tra bảng 20 trang 189 [Phụ lục 1] ta chọn dây mã hiệu ΠƂcó thông số như sau: d1=2,5 (mm)2δ=0,3 (mm)Td1=4,91 mm2→d'1=d1+2δ=2,5+0,3=2,8 (mm) Mặt khác nv 1=T1Td1=2,7074,91≈0,55 (5.4) Chọn nv1=1: số sợi dây ghép chập . ΠƂ×1×2,5 2,8;4,91 Tiết diện toàn phần thực của mỗi vòng dây cao áp T1=nv 1.Td1.10-6 (5.5) Thay số nv 1=1 và Td1=4,91 mm2 vào (5.5) ta được : T1 =4,91 (mm2 ) Mật độ dòng điện thực . ∆1=If1Td1=8,314,91≈ 1,692 (A/mm2 ) (5.6) 10.Số vòng dây trong một lớp w12=l1.103nv 1.d'1 - 1 ( 5.7) Trong đó : nv 1=1 số sợi dây ghép chập. d'1=2,8 mm:đường kính dây có cách điện . l1: chiều dài cuộn cao áp l1=l2=0,17 (m)(đã tính ở phần hạ áp) →w12=0,17.1031.2,8≈60,7(vòng) Chọn w12= 61 vòng 11.Số lớp của dây quấn n12=w1w12=129961≈21,3 (lớp) (5.8) Lấy tròn n12= 22 lớp 12.Điện áp làm việc giữa 2 lớp kề nhau U12=2.w12.uv (5.9) Với uv1: điện áp mỗi vòng dây cao áp(sơ cấp) uv=7,7 (V)(đã tính ở phần hạ áp) →U12=2.61.7,7=939,4 (V) 13.Chiều dày cách điện giữa các lớp Tra bảng 26 trang 195 [Phụ lục 1] ta được : Số lớp giấy cáp × chiều dày của một lớp:2×0,12 mm. Đầu thừa cách điện lớp ở một đầu dây quấn :10 (mm). 14 :Các kích thước cơ bản (Kết quả tính toán chương 2) Chiều rộng rãnh dầu giữa dây quấn HA và CA a12=9 mm Chiều dày ống cách điện giữa 2 dây quấn CA,HA δ12=3 mm Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA : a22=10 mm Dây quấn CA đến gông : l02=30 mm 15 :Phân phối số vòng dây trong các lớp,chia tổ lớp Phân phối số vòng dây như sau : Tổ lớp trong chiếm 1/3 tổng số lớp dây quấn = 22/3 ≈7,3 chọn 7 lớp bên trong . 7 lớp trong cùng có số vòng dây w12=7.61(vòng) = 427 vòng Lớp ngoài cùng có số vòng dây là wcòn lại=w1 - w12=1299-427=872 (vòng) Để tăng điều kiện làm nguội, và hiệu suất làm việc m.b.a ta phân chiều dày dây quấn thành 2 tổ lớp.Vì tổ lớp trong làm nguội khó khăn hơn nên bố trí ít lớp hơn tổ lớp ngoài như sau: Tổ lớp trong có 7 lớp. Tổ lớp ngoài 15 lớp. Giữa 2 tổ có rãnh dầu dọc trục a'22. 16:Chiều dày dây quấn CA a2=d'1.n+m+δ12.n-1+m-1+a'22.10-3 (6.0) Trong đó: +d'1=2,8 mm:đường kính dây có cách điện . +n,m là số lớp của mỗi tổ lớp. +n số lớp tổ lớp trong dây quấn CA n=7 +m số lớp tổ lớp trong dây quấn CA m=15. +a'22 kích thước rãnh dầu dọc trục a'22=7 mm. →a2=2,8 .7+15+3.7-1+15-1+7.10-3 a2=0,1286 ( m ) 17:Đường kính trong của dây quấn CA D'1=D"2+2.a12.10-3 (6.1) Trong đó : +D"2=0,209 là đường kính ngoài dây quấn HA +a12 =9 mm =9. 10-3m Thây số : D'1=0,209+2.9.10-3= 0,227 ( m ) 18 :Đường kính ngoài của dây quấn CA D"1=D'1+2.a2 (6.2) Trong đó : a2 =0,1228m bề dầy cuộn CA D"1=0,227+2.0,1228 ≈0,47 ( m ) 19:Khoảng cách giữa 2 trụ cạnh nhau. C=D"1+a22.10-3 (6.3) Trong đó  : a22=10 mm Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA . Thay số ta được : C=0,47+10.10-3=0,48 ( m ) 20:Trọng lượng đồng dây quấn CA. GCu 1=28.103.t.D'1+D"12.w1.T1 (6.4) =28.103.3.0,227 +0,472.1299.4,91.10-6 ↔GCu 1≈186,71 (kg) +Trọng lượng dây quấn kể cả cách điện , phải tăng trọng lượng lên 1,5%. GCu1' = 186,71 + 186,71.0,015 = 189,51 (Kg) 21 :Bề mặt làm lạnh dây quấn cao áp Vì dây quấn CA có 2 tổ lớp ,giữa chúng có rãnh dầu làm lạnh và tổ lớp trong quấn lên hình trụ cách điện có que nêm thì có 4 mặt làm lạnh. Nên ta có bề mặt làm lạnh dây quấn CA là : M1=2.t.k.π.D'1+D"1.l1 (6.5) Trong đó : +l1=0,17m: chiều dài cuộn cao áp +k: hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác,lấy k=0,8. +t=3 : số trụ của MBA →M1=2.3.0,8.π.0,227+0,47.0,17= 1,78 (m2) 22: Toàn bộ trọng lượng dây quấn bằng đồng của cuộn CA& HA / GCu =GCu1 + GCu2 (6.6) = 186,71 + 73,86 = 260,57 Kg 23 : Toàn bộ trọng lượng dây quấn kể cả cách điện : Gdd = GCu1' + GCu2' = 189,51 + 74,97 = 261,68 Kg (6.7) Bảng tổng kết các thong số kĩ thuật MBA . Thông số tính toán Phía ha áp Phía cao áp Điện áp một vòng dây Uv(V) 7,619 ~ Số vòng dây quấn tính sơ bộ .(Vòng) 30 1299 Mật độ dòng điện trug bình ∆tb(A/mm2) 2,69 3,07 Tiết diện vòng dây sơ bộ Ti (mm2) 134,126 2,707 Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây hvi (m) 10 ~ Mật độ dòng điện thực của mỗi vòng dây . ∆(A/mm2) 2,31 1,692 Chiều cao dây quấn .l (m) 0,17 0,17 Bề dày dây quấn ai (m) 0,0139 0,1286 Đường kính trong dây quấn Di'(m) 0,183 0,227 Đường kính ngoài dây quấn Di''(m) 0,209 0,47 Trọng lượng đồng dây quấn Gcu (Kg) 73,86 186,51 Bề mặt làm mát dây quấn M (m2) 1,43 1,78 Chương 4 : Tính toán thông số không tải ngắn mạch . Tính toán ngắn mạch trong MBA liên quan đến tính toán tổn hao ngắn mạch Pn điện áp ngắn mạch un các lực cơ học trong dây quấn và sự phát nóng của dây quấn khi ngắn mạch . 4.1 : Xác định tổn hao ngắn mạch m.b.a hai dây quấn là tổn hao trong m.b.a khi ngắn mạch Un để cho dòng điện trong cả hai dây quấn đều đạt định mức . Tổn hao ngắn mạch gồm các thành phần sau : + Tổn hao trong dây quấn HA và CA do dòng điện gây ra PCu1 , Pcu2 . +Tổn hao phụ trong hai dây quấn do từ thông tản xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân bố không đều trong tiết diện dây gây ra Pf1 Pf2 . +Tổn hao chính trong dây dẫn ra Pr1 Pr2 +Tổn hao phụ trong dây dẫn ra Prf1 ,Prf2 , thường tổn hao này rất nhỏ có thể bỏ qua . +Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim loại khác Pt do từ thông tản gấy ra . Tổn hao ngắn mạch : Pn = PCu1.kf1 + Pu2 .kf2+ Pr1 + Pr2 + Pt (4.1) 4.1.1 : Tổn hao dây quấn(tổn hao đồng) . 1.Tổn hao dây quấn CA . Như đã biết Pcu tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện (Pcu= RI2) hay là bình phương mật độ dòng điện vì vậy khi đảm báo Pcu bằng hằng số nếu ∆ tăng thì Gcu phải giảm . Vì vậy trọng lượng đồng không gảm được bao nhiêu nhưng tổn hao đồng sẽ tăng lên nhiều , đồng thời dây quấn sẽ phát nóng làm giảm tuổi thọ m.b.a và dầu làm mát đồng thời tính toán thêm cho phần tản nhiệt . Pcu1 = 2,4.∆12.Gcu1 (4.2) Trong đó : + ∆1=1,692 A/mm2 mật độ dòng điện thực dây CA + Gcu1=186,51Kg : Trọng lượng dây quấn CA Pcu1 =2,4. 1,6922.186,51 = 1650,12 W 2.Tổn hao trong dây quấn HA . Pcu2 = 2,4.∆12.Gcu2 (4.3) Trong đó : + ∆2=2,31 A/mm2 mật độ dòng điện thực dây HA +Gcu2=73,86Kg : Trọng lượng dây quấn HA Pcu2 =2,4. 2,312.73,86 = 946 W 4.1.2.Tổn hao phụ trong dây quấn . 3.Tổn hao trong dây quấn CA . Hình : Mặt cắt dây quấn phía CA . Tổn hao phụ thường được ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm một hệ số kf vào tổn hao chính . Pcu + Pf1 = Pcu1.kf1 (4.4) Hệ số kf1 , đối với dây đồng tiết diện hình tròn . Kf1 = 1 + 0,044.108.β2.d4.n12 (4.5) Trong đó : +n1=22 số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản . +d=2,5.10-3 (m) đường kính của dây dẫn tròn . +l=0,17 m chiều cao của bộ dây quấn . +β được xác định theo công thức β = d.ml .kr (4.6) Trong đó: + m= 61 số thanh dẫn của dây dẫn song song với trường từ tản . +kr= 0,95 hệ số quy đổi trường từ tản . β= 2,5.10-3.610,17 .0,95 =0,0085 Thay số vào công thức (4.5) ta được : Kf1 = 1 + 0,044.108.0,00852.(2,5.10-3)4.222 ≈ 1 4: Tổn hao ngắn mạch cuộn HA . Hình : Mặt cắt dây quấn phía HA Tổn hao phụ thường được ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm một hệ số kf vào tổn hao chính . Pcu + Pf = Pcu2.kf2 (4.7) Hệ số kf1 , đối với dây đồng tiết diện hình tròn . Kf = 1 + 0,044.108.β2.a4.(n22 - 0,2 ) (4.8) Trong đó : +n2=2 số thanh dẫn của dây quấn thẳng góc với từ thông tản . +a=4.10-3 (m) chiều dài cạnh be dây dẫn h.c.n +b=10 mm =0,01m Chiều dài cạnh lớn dây dẫn h.c.n +l=0,17 m chiều cao của bộ dây quấn . +β được xác định theo công thức β = b.ml .kr (4.9) Trong đó: + m= 15 số thanh dẫn của dây dẫn song song với trường từ tản . +kr= 0,95 hệ số quy đổi trường từ tản . β= 10.10-3.150,17 .0,95 =0,838 Thay số vào công thức (4.8) ta được : Kf2 = 1 + 0,044.108.0,8382.(4.10-3)4.(222 - 0,2)≈ 1,024 4.1.3.Tổn hao chính trong dây dẫn ra . 5.Tổn hao dây quấn CA . + Chiều dài dây dẫn ra . lr1= 14.l=14.0,14=1,96 (m) (4.10) +Trọng lượng dây dẫn ra . Gr1=lr1.Tr1.γ (4.11) Trong đó : +Tr1=2,707.10-6 m2 tiết diện dây dẫn ra của cuộn CA . +γ =8900 kg/m3 điện trở suất của dây đồng (Cu) . +lr1 = 1,96 chiều dài dây dẫn ra . Gr1 = 1,96.2,707.10-6.8900 =0,047 Kg +Tổn hao đồng trong dây dẫn ra . Pr1 = 2,4.∆12. Gr1 (4.12) = 2,4 .1,6922.0,047 = 0,323 W Trong đó : ∆1=1,692 A/mm2 mật độ dòng điện thực dây CA 6.Tổn hao HA . + Chiều dài dây dẫn ra . lr2= 7,5.l=7,5.0,14=1,05 (m) (4.13) +Trọng lượng dây dẫn ra . Gr2=lr2.Tr2.γ (4.13) Trong đó : +Tr1=134,126.10-6 m2 tiết diện dây dẫn ra của cuộn CA . +γ =8900 kg/m3 điện trở suất của dây đồng (Cu) . +lr2 = 1,05 chiều dài dây dẫn ra . Gr2 = 1,05.134,126.10-6.8900 =1,253 Kg +Tổn hao đồng trong dây dẫn ra . Pr2 = 2,4.∆22. Gr2 (4.14) = 2,4 .2,312.1,253 = 16,04 W Trong đó : ∆2=2,31 A/mm2 mật độ dòng điện thực dây HA . *Thông thường trong các m.b.a lực tổn hao trong dây dẫn ra thường rất nhỏ vì thế tổn hao phụ dây dẫn ra có thể bỏ qua . 4.1.4.Tổn hao trong vách thùng dầu và các chi tiết kết cấu . Pt ≈ 10.k.S (4.15) Trong đó : S=250 KVA công suất định mức m.b.a k=0,02 : hệ số chọn theo Bảng 40a_TL1_Trang 208 Pt ≈ 10.0,02.250 = 50 (W) 4.1.5: Tổng tổn hao ngắn mạch . Pn = PCu1.kf1 + Pcu2 .kf2+ Pr1 + Pr2 + Pt =1650,12.1+946.1,024+0,323+16,04= 2635,187 W Trong đó : + PCu1 = 1650,12 w tổn hao đồng phía CA + PCu2 = 946 w tổn hao đồng phía HA +Kf1 = 1 +kf2 =1,024 +Pr1 = 0,323 tổn hao dây dẫn ra phía cao áp +Pr2 = 16,04 tổn hao dây dẫn ra phía HA Tổn hao tính toán sai lệch với đề bài cho là: 2635,187-30003000.100% = 12,16% 4.2: Xác định điện áp ngắn mạch .(Un) Tham số Un là một tham số rất quan trọng ảnh hưởng tới những đặc tính vận hành cũng như kết cấu m.b.a Khi Un% bé thì dòng điện ngăn mạch In lớn gây nên lực cơ học trong m.b.a lớn . Khi Un% lớn thì điện áp ∆U ở trong m.b.a tăng lên ảnh hưởng đến các hộ dùng điện . Sự phân phối tải nguồn các M.B.A làm việc song song với Un khác nhau sẽ không hợp lý . Không tỉ lệ với dung lượng cảu máy mà tỉ lệ nghịch với điện áp ngắn mạch Un% . Ta đã biết điện áp ngắn mạch toàn phần : Un = Unr2%+Unx2% (4.16) 4.2.1: Thành phần ngắn mạch tá dụng . Unr = Pn10.S (4.17) Trong đó : Pn=3000w tổn hao ngắn mạch . S = 250 KVA Unr = 300010.250 = 1,2 % 4.2.2:Thành phần ngắn mạch phản kháng . Unx= 7,9.f.S'.β.ar.KrKqUv2.10-1 (4.18) Trong đó : +Hệ số kq= 1,01÷1,06 : chọn 1,06 + f=50 Hz tần số nguồn điện . +S’ = 83,3 KVA dung lượng 1 pha +ar=0,028 chiều rộng quy đổi trường từ tản .(kết quả chương 1) +Hệ số kr=0,95 +Uv=7,619 V điện áp vào một vòng dây . +β=2,278 (Kết quả tính toán chương 2) Unx= 7,9.50.83,3.2,278.0,028.0,95.1,067,6192.10-1=3,64 % 4.2.3: Điện áp ngắn mạch toàn phần . Un = Unr2%+Unx2% = 1,22+3,642 =3,83 % Nghiệm lại kết quả sai lệch so với tiêu chuẩn : 4-3,834 = 4,25 % < 5% thỏa mãn yêu cầu thiết kế . 4.3. Tính lực cơ giới lúc ngắn mạch . 4.3.1: Dòng điện ngắn mạch cực đại . In = 100.IđmUn.(1+100.SđmUn.Sn) (4.20) Trong đó: Iđm=8,31 A điện áp định mức phía đầu phân áp. Sđm= 250KVA công suất định mức. Un= 4% điện áp ngắn mạch . Sn =500MVA công suất ngắn mạch của mạng cung cấp (Tra bảng 40b_TL1_Trang 208) Thay sô vào ta được : In = 100.8,314.(1+100.2504.500.1000) = 205,185 (A) 4.3.2:Dòng điện ngắn mạch cực đại tức thời . imax = 2.In.(1+e-Π.UnrUnx) (4.22) =2.205,185.(1+e-Π.1,23,47) = 388,14 (A) 4.3.3: Lực hướng kính . Khi ngắn mạch dây quấn chịu lực cơ học rất lớn . Lực cơ học sinh ra do tác dụng của dòng điện trong dây quấn với từ thong tản . Fk = 0,628.(imax.W)2.β.Kr.10-6 (4.23) Trong đó : + W = 1299 vòng : số vòng dây cuộn cao áp . +imax =388,14 dòng ngắn mạch cực đại . + β = 2,278 (Theo kết quả chương 2) +Kr= 0,95 Thay số vào công thức (4.23) được: Fk=0,628.(388,14.1299)2.2,278.0,95.10-6 = 345487,3 (N) Lực này có chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái , lực này phân phối đều trên dây quấn . 4.3.4: Lực hướng trục . FT' là lực tác dụng ép của 2 dây quân theo chiều trục FT' lớn nhất giữa hai đầu ép lại và có khuynh hướng làm sập vòng dây ngoài cùng nếu quấn không chặt . FT' = Fk.ar2.l (4.24) Trong đó : +Fk =345478,3 N: Lực hướng kính . + ar=0,028 chiều rộng quy đổi trường từ tản .(kết quả chương 1) + l=0,17 m chiều cao cảu bộ dây quấn . Thay số vào (4.24) ta được : FT' = 345478,3.0,0282.0,17 = 28451,89 (N) Do cuộn dây phân bố đều theo chiều cao dây quấn nên lực dọc trục thứ 2 FT''= 0 ta bỏ qua . Lực ép cực đại ở giữa chiều cao dây quấn Fc= FT' nên lực đẩy gong FG=0 . 4.4: Tính ứng suất của dây quấn . 4.4.1: Tính ứng suất nén trong dây quấn CA . σk =Fk2.π.T1.W1 = 345478,32.3,14.2,707.1299 = 15,64 MN/m2 (4.25) Trong đó : + Fk là lực hướng kính . +T1=2,707 mm2 tiết diện vòng dây cao áp +W1 =1299 vòng : số vòng dây phía cao áp . 4.4.2: ứng suất nén trong dây quấn HA . σk =Fk2.π.T1.W1 = 345478,32.3,14.134,126.30 = 13,672 MN/m2 (4.26) Trong đó : +Fk là lực hướng kính + T2 134,126 mm2 thiết diện một vòng dây cao áp + W2 =30vòng :số vòng dây phía cao áp . Như vậy σk =15,64 thỏa mãn điều kiện . σk = 30÷40 đối với những máy có công suất nhở hơn 1600KVA . 4.5. ứng suất giữa các cuộn dây cuốn HA do chiều dọc trục gây ra. σn=Feπ.D2'+D2"2(a1-a11) (4.27) Trong đó : Fe = FT' =28451,89 (N) +a1=0,0139 ( m ) : bề dày cuộn hạ áp . +a11=5 mm = 0,005 mm +D2' =0,1744 ( m ) đường kính trong cuộn hạ áp +D2"=0,2004 ( m ) : Đường kính ngoài cuộn hạ áp Thay số vào (4.27) ta được : σn =28451,89π.0,1744+0,20042(0,0139-0,005) =5432777,011 (N/m2)≈5,43 MN/m2 Với σn=5,43 (MN/m2) đật tiêu chuẩn với máy có công suất S= 250KVA (σn≤18÷20 MN/m2) Chương V Tính Toán Cuối Cùng Mạch Từ Sau khi xác định kích thước và trọng lượng của dây quấn sao cho điện áp ngắn mạch (U) và các công suất tổn hao (P) đạt yêu cầu ta sẽ tiến hành tính toán cuối cùng về mạch từ để xác định các kích thước cụ thể của các bậc thang của trụ sắt . Sau đó tính toán dòng điện không tải, tổn hao không tải và hiệu suất của MBA. 5.1 Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt . Ta chọn kết cấu lõi thép kiểu ba pha ba trụ , loại lá thép sử dụng là loại tôn cắt lạnh , cắt vát các góc lá thép . 1. Tra bảng 41a_TL1_Trang 204: Chiều rộng a và chiều dài b của tập lá thép có tấm sắt ép trụ , có thanh nêm của dây quấn , không có đai ép trụ , (axb) theo đường kính trụ d=17cm ta có kích thước cụ thể các tập lá thép tiết diện trụ 7 bậc ,gông 6 bậc . Hệ số chêm kín Kc = 0,918 Tập Trụ (mm) Gông (mm) 1 180× 30 180× 30 2 165 × 17 165 × 17 3 145 ×14 145 ×14 4 130× 8 130× 8 5 115 ×7 85 ×8 6 100×5 100×5 7 75 × 7 2. Tổng chiều dày của các lá thép của nửa tiết diện trụ 30+ 17+ 14+8+ 8+ 5+7= 89(mm) (5.1) 3. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ. (Theo bảng 42b TL1_Trang 208) ta có Tbt =262,8 cm2 = 0,02628 m2 4. Tiết diện hữu hiệu của trụ Tt =Kd .Tbt =0,96 .0,02628 ≈ 0,025 (m2) (5.2) Trong đó : Kd=0,96:hệ số lấp đầy (Theo kết quả tính toán chương 2) Tbt =0,02628 m2 tiết diện bậc thang của trụ . 5. Toàn bộ tiết diện bậc thang của gông (Tra bảng 42b TL1_Trang 208) ta có Tbg =267,3 cm2=0,02673 m2 6.Tượng tự Trụ ta tính tiết diện hữu hiệu của gông . Tg =0,96 .0,02673 ≈0,02566 m2 (5.3) 7. Thể tích một góc của mạch từ . (Tra bảng 42b TL1_Trang 208) ta có V1=4118 cm3=0,004118 m3 8. Thể tích thuần sắt một góc mạch từ Vo=Kd.V1=0,96 .0,004118≈0,00395 m3 (5.4) Trong đó : +Kd=0,96:hệ số lấp đầy (Theo kết quả tính toán chương 2) 9. Chiều cao trụ. lt=l+(lo '+lo '') (m) =0,32252 + 2.0,03=0,3825(m) (5.5) Trong đó : lo '=lo ''= 0,03m (Chọn theo kết quả tính toán chương 2) là khoảng cách cách điện từ dây quấn đến gông trên và gông dưới . 10.Trọng lượng gông phần thẳng nằm giữa hai trụ. Gg '=2t-1C. Tg . γ (5.6) Trong đó : +t=3 Số trụ mang dây quấn . +γ=7650 kg/ m3 thép cán lạnh. +Tg=0,02566 m3 . +C=0,48 m khoảng cách hai trụ sắt cạnh nhau . Thay số ta có vào (5.6) Gg '=2.3-1.0,48 .7650 . 0,02566=386 kg 11. Trọng lượng sắt ở một mối nối góc là. Go=Vo.7650=0,00 395 . 7650= 30,2175 (kg) (5.7) Trong đó : Vo≈0,00395 m3 : Thể tích thuần sắt mạch từ . 12. Trọng lượng sắt toàn phần của gông Gg=Gg'+Gg ''=Gg'+2. Go (5.8) =386+2. 30,2175=416,2175kg 13. Trọng lượng sắt ở trụ. Gt'=t. Tt . lt. γ=3. 0,025 . 0,3825 . 7650=219,459 (kg) (5.9) Trong đó : Tt ≈ 0,025 m2 :Tiết diện hữu hiệu của trụ lt=0,3825(m): chiều cao của trụ 14. Trong lượng sắt của phần nối trụ với gông Gt ''=t.( Tt . a1g . γ-Go) (5.10) Trong đó a1g =0,18 Gt ''=3.(0,025 .7650.0,18 -30,2175)=12,6225(kg) 15. Trọng lượng sắt toàn bộ trụ Gt=Gt'+Gt ''=219,459+12,6225= 232,0815 (kg) (5.11) 16. Trọng lượng sắt toàn phần của lõi thép GFe=Gt+Gg= 416,2175+232,0815 =648,299(kg) (5.12) ----Tính tổn hao không tải. Chon lõi thép làm bằng tôn cán lạnh 3405 dày 0,35mm do đó trị số tự cảm trong lõi sắt là : BT= Uv 4,44.f.Tt =7,74,44 .50 . 0,025=1,4(T) (5.13) Trong đó: + Uv=7,7 V điện áp một vòng dây +Tự cảm trong gông Bg=BT.TtTg=1,4. 0,0250,02566 =1,35(T) +Tự cảm mối nối nghiêng là Bn=Bt2= 1,42= 0,974(T) (5.12) 17.Suất tổn hao trong trụ và gông mối nối nghiêng Tra bảng45_TL1_Trang 211 ta có - Suất tổn hao trong trụ PT= 0,835(W/Kg) - Suất tổn hao trong gông Pg=0,787(W/Kg) Tương ứng khe hở không khí là: Pkt=730(W/ m2) Pkg=686(W/ m2) Pkn=345(W/ m2) 18.Hình dáng tiết diện gông ảnh hưởng đến sự phân bố từ cảm trong trụ và gông cho nên phải đưa vào hệ số tăng cường ở gông KGp=1 Mặt khác do yếu tố công nghệ ảnh hưởng rất nhiều tới yếu tố không tải ,bởi vậy phải kể đến một số hệ số sau -Hệ số tổn hao do tháo lắp gông trên đẻ lồng dây quấn vào trụ làm chất lượng lá thép giảm , tổn hao tăng lên . Thường Kpf=1,01(do S≤250 ,Trang 129 TL1) +Hệ số tổn hao do ép trụ Kpe=1,02 +Hệ số tổn hao do cắt dập tôn Kpc=1,05 +Hệ số tổn hao do mép cắt hoặc bavia Kpb=1 Chọn Kpg=1 , Kpo=9,6 20. Tổn hao không tải. P0=Kpf.Pt.( Gt+Go. Kpo2)+(Kpf.Pg.(Gg-N+2.Go+ Kpo.Go2 (5.13) Trong đó Kpf. Tra bảng 48 TL1 ta có Kpf.=1,12 - Suất tổn hao trong trụ PT= 0,835(W/Kg) - Suất tổn hao trong gông Pg=0,787(W/Kg) -N hệ số biểu thị số lượng góc nối của mạch từ cần phải tính đến ảnh hưởng của tổn hao sắt . Đối với mba ba pha N=4 -Kn.K'po.+Kt.K'po=Kpo là hệ số kể đến tổn hao phụ ở các góc nối của mạch từ tùy theo sự phối hợp mối nối thẳng ,nghiêng khác nhau ,ta lấy Kpo=9,7 (Tra bảng 47 TL1_Trang 213) +Thay số vào (5.13) ta tính được: P0= 688 w Vậy so lệch Po so với tiêu chuẩn là : 688-250250 .100 % = 7,5% 23.Công suất từ hóa không tải . Qo=Kgi.Kti.Kei.(Kbi.Kci.(qt.Gt+qg.(G''g-N.Go)+ qt+qg250.Go.Kri.Kio)+ ⅀ qk.nk. Tk) (5.13) Trong đó :N=4 -Kgi=1 -.Kri=1,25 -.Kio=32,25 Bảng 53_TL1 -Kti=1,01 hệ số kể đến sự tăng công suất khi tháo lắp -Kbi=1 hệ số kể đến việc cắt gọt bavia với lá thép ủ -Kci=1,18 hệ số kể đến ảnh hưởng của việc cắt gọt dập lá thép có ủ -Kei=1,04 hệ số ảnh hưởng của việc ép mạch từ qkn=1000 , qkt= 11400 , qkg=9800 (TRA Bang50_TL1) -qt=1,02(W/kg) , qg=0,956(W/kg) Gg'=386(kg) Thay số vào ta tính được : Qo= 3076 W 24.Thành phần phản kháng dòng điện không tải iox%= Qo10.S =307610.250 =1,23 % (5.14) Trong đó : Qo= 3076 W công suất từ hóa . S=250 KVA công suất định mức MBA. 25: Thành phần tác dụng của dòng không tải iox%= Po10.S =68810.250=0,275% (5.15) Trong đó :P0= 688 w tổn hao không tải . S=250 KVA công suất định mức MBA 26 Thành phần không tải toàn phần io%=iox2+ior2=1,23 2+0,275 2=1,26%< 1,7% (5.16) Thỏa mãn yêu cầu của đề bài . 27: Trị số dòng điện không tải của dây quấn CA Iox=Idm1. Iox100 =8,31.1,23100=0,1022 (A) (5.17) Ior=Idm1. Ior100 =8,31.0,275100=0,023 (A) (5.18) I0=Idm1. Io100 =8,31.0,126100=0,105 (A) (5.19) Trong đó Idm1=8,31 :dòng điện định mức phía cao áp 5.3 Hiệu suất của MBA Hiệu suất của mba lúc tải định mức là η %=(1- Po+PnPdm+Po+Pn).100%=(1- 688+2635250000+688+2635) 100%=98,68% (5.20) Trong đó : +P0= 688 w tổn hao không tải . +Pn=2635w Tổn hao ngắn mạch +Pdm=250.103 VA Công suất định mức m.b.a với hệ số Cosα=1 Vậy hiệu suất của máy là η %=98,68% . STT Thành phần tính toán Độ lớn 1 Toàn bộ thiết diện bậc thang của trụ Tbt (m2) 0,02628 m2 2 Tiết diện hữu hiệu của trụ Tg (m2) 0,02566 m2 3 Toàn bộ tiết diện bậc thang của gông Tbg (m2) 0,02673 m2 4 Tiết diện hữu hiệu của gông Tg (m2) 0,02566 m2 5 Chiều cao trụ l (m) 0,3825(m) 6 Trọng lượng sắt toàn phần của gông Gg 416,2175kg 7 Trọng lượng sắt toàn phần của trụ Gt 232,0815 (kg) 8 Trọng lương toàn phần của lõi thép .GFe 648,299(kg) 9 Tổn hao không tải P0 (W) 688 w 10 Công suất từ hóa không tải Q0 3076 W 11 Thành phần phản kháng dòng điện không tải toàn phần I0x 1,26% 12 Hiệu suất máy biến áp η % 98,68% CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP 6.1 ĐẠI CƯƠNG Tính toán nhiệt là tính toán về nhiệt ở trạng thái xác lập nghĩa là khi MBA làm việc liên tục với tải định mức. Ở trạng thái xác lập này toàn bộ nhiệt lượng do dây quấn và lõi sắt phát ra đều khuếch tán ra xung quanh. Đường khuếch tán của dây điện có thể phân ra làm các loại sau. Từ dây quấn hay lõi sắt ra một cuộn ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn. Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt vào dầu. Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt truyền tới mặt trong thùng dầu đối lưu. Quá độ truyền từ dầu vào trong vách thùng dầu. Cuối cùng là nhiệt từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng bức xạ và đối lưu. Nói chung trong phần tính toán nhiệt của MBA gồm các phần sau: + Tính nhiệt độ chênh lệch qua từng phần gồm: Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó Qua mỗi lần truyền nhiệt dể nhiệt độ giảm dần nghĩa là nó gây nên một lượng suy nhiệt độ, kết quả là so với môi trường không khí xung quanh thì các bộ phận trong MBA có nhiệt độ chênh lệch nào đó. Trị số dòng nhiệt càng liệt càng lớn thì nhiệt độ chênh càng lớn θ0. Nhiệt độ chênh lệch giữa mặt ngoài dây quấn với đầu θ0 Nhiệt độ chênh giữa dầu với vênh thùng θdt Nhiệt độ vênh giữa vách thùng và không khí θtk + Chọn kích thước thùng dầu bảo đảm tỏa nhiệt tốt, nghĩa là làm sao cho nhiệt đọ dây quấn lõi sắt và dầu không quá mức quy định. + Kiểm tra nhiệt độ chênh lệch của dây quấn, lõi sắt và dầu đối với không khí. Như vậy việc tính toán nhiệt của MBA khá phức tạp, nó ảnh hưởng rất nhiều tới tuổi thọ của MBA và chế độ làm việc định mức của MBA. Việc tính toán nhiệt này cũng liên quan tới việc thiết kế thùng dầu và các bộ phận tản nhiệt khác. 6.2 TÍNH TOÁN CỤ THỂ VỀ NHIỆT CỦA MBA. I. Tính toán nhiệt độ chênh lệch qua từng phần 1. Nhiệt độ chênh trong lồng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó. Gọi θ0 là nhiệt độ chênh. Với dây quấn hạ áp: Làm bằng dây dẫn chữ nhật nên theo (6-1 TL1 ) Ta có θ0HA=q.δλcd.10-4 Trong đó δ: Là cách điện một phía. 2δ=0,45 (mm)=0,045 (cm) vậy δ=0,0225 (cm) λcd: Là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện của dây quấn, ta chọn vật liệu cách điện bằng giấy cáp dầu với λcd=0,17 (W/cm0C) (theo bảng 54_TL1). q: Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn HA . Đối với dây quấn hình ống có rãnh dầu làm lạnh tiếp xúc với cả hai mặt , theo( 6-2’a)đối với dây đồng ta có : q1= 107k .10-10.b.aa'.∆HA2. kf (W/m2) Trong đó: ∆HA=2,31 (A/mm2) : mật độ dòng điện dây quấn HA a = 4 mm : chiều dầy dây dẫn tiêu chuẩn b = 10 mm : chiều rộng dây quấn tiêu chuẩn a’ = 4,45 mm : chiều dầy kể cả cách điện k = 0,75 : là hệ số kể đến sự che khuất của các chi tiết cách điện đối với bề mặt làm lạnh của dây quấn kf=1,024 : hệ số tổn hao phụ tương ứng => q1= 1070,75 .10-10.10.44,45 . 2,312.1,024 =700,72 W/m2 =>θ0HA =700,72.0,02250,0017. 10-4=0,93 ℃ Nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn HA (θ0tbHA) θ0tbHA=23.θ0HA=23.0,93=0.62℃ Với dây quấn cao áp: là dây dẫn tròn Ta coi dây quấn CA như một khối có hai mặt tiếp xúc với dầu và qua tính toán cho thấy nhiệt độ phân bố trên dây quấn có dạng parabol Với chỗ nóng nhất là ở giữa dây quấn có nhiệt độ θ1, mặt ngoài dây quấn được xác định là hiệu (θ1–θ2) θ0CA=θ1–θ2 Ở đây dây quấn không có rãnh dầu ngang và khi dây quấn có rãnh dầu dọc đối với ống cách điện, theo (6-3b TL1) θ0CA =θ1–θ2= p.a28.λtb (℃) Trong đó: a: là chiều dày dây quấn CA : a = a2 = 128,6 mm p: là tổn hao trong đơn vị thể tích dây quấn - Đối với dây đồng: p=pCu=1,68.∆12.d2.10-4d’+δ.d’ (W/cm3) theo 6-4a Với: ∆1= 1,692 (A/mm2): mật độ dòng điện trong dây quấn CA d =d2= 2,5 mm : đường kính dây dẫn d’ = d +2δ = 2,8 mm: đường kính dây dẫn kể cả cách điện 2 phía δ1= 2.0,12 cm : là chiều dày cách điện lớp (theo bảng 26-TL1) pCu=1,68.1,692.(0.252)0,28+2.0,12.0,28 . 10-4 = 1,22.10-4 *λtb : là suất dẫn nhiệt trung bình tính theo (6-5 TL1) λtb=λ.λ1.d’+δ1λ.δ1+λ1.d’ (W/cm3℃) λ1: là suất dẫn nhiệt của cách điện giữa các lớp, tra bảng 54 theo vật liệu cách điện lớp bằng giấy cáp tẩm dầu : λ1 = 0,0017 (W/cm3℃) λ: là suất dẫn nhiệt bình quân quy ước của dây quấn, theo (6-6 TL1) λ=λcđ0,7.α (W/cm3℃) λcđ: là suất dẫn nhiệt của lớp cách điện dây dẫn, dây dẫn dùng băng vải tẩm sơn cách điện λcđ=0,0025 (W/cm3℃) (theo bảng 54-TL1) α = d’ - dd = 2,8-2,52,5 = 0,12 λ =λcđ0,7.α= 0,00250,7.0,12= 10,3. 10-3 (W/cm3℃) λtb= 10,3. 10-3.0,0017.(0,28+2.0,12)10,3. 10-3.2.0,12+0,0017.0,28 = 3,09.10-3 (W/cm3℃) θ0CA= 1,22.10-4.12,8628. 3,09.10-3 = 0,82℃ Trên thực tế đối với dây dẫn tròn người ta thường không quan tam đến điểm có nhiệt độ nóng nhất mà quan tâm chủ yếu đến nhiệt độ trung bình, thường bằng khoảng 2/3 nhiệt độ chênh toàn phần θ0tbCA=23θ0CA=23.0,82=0,55℃ 2. Nhiệt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với dầu θ0d. a) Tính cho phía HA Hiệu số của nhiệt độ này phụ thuộc vào tổn hao của dây quấn và thường được xác định theo công thức kinh nghiệm gần đúng. Ở đây dây quấn dùng hình chữ nhật có rãnh dầu ngang nên θ0d=k1k2k3.0,35. q0,6 °C (6.10b - TL1) -k1: Hệ số kể đến tốc độ chuyển động của dầu trong dây quấn phụ thuộc vào hệ thống làm lạnh. Đây làm lạnh tự nhiên nên k1=1 -k2: Hệ số chiếu cố đến trường hợp do dây quấn HA ở trong nên dầu đối lưu khó khăn làm dây quấn HA nóng hơn, do đó: k2=1: đối với dây quấn CA nằm ngoài, HA nằm trong -k3: Hệ số chiếu cố đến sự đối lưu khó khăn của dầu do bề rộng (hay làm chiều cao) tương đối của rãnh dầu ngang Do hr1/a=5/13,9 nên theo bảng 55-TL1 ta chọn k3=0,8 -q=700,72 (W/m2): là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn HA θ0d1=1.1.0,8.0,35. (700,72)0,6=14,27°C b) Tính cho phía CA Dùng dây dẫn tròn không có rãnh dầu ngang θ0d2=k.q20,6 °C k = 0,285 : là hệ số 0,6 : là chỉ số luỹ thừa kinh nghiệm q2: là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn CA:theo (6-2 TL1) q2 = PCu2.kf2M2 = 1281,5.11,78 = 719,94 W/m2 => θ0d2=0,285.(719,94)0,6=14,76°C 3. Nhiệt độ chênh lệch trung bình của dây quấn đối với dầu. θ0dtb=θ0+θ0d (6-11 TL1) Dây quấn HA: θ0dtbHA=θ0tbHA+θ0d1=0,62+14,27=14,89°C Dây quấn CA: θ0dtbCA=θ0tbCA+θ0d2=0,55+14,76=15,31°C 4. Nhiệt độ chênh giữa dầu và rãnh thùng θ0dt Cách tính nhiệt độ chênh lệch này cúng tương tự như θ0d nghĩa là cũng phụ thuộc mật độ dòng nhiệt đi qua mặt cách thùng như công thức mục 2 C6 nhưng thường nhiệt độ chênh này không quá 3÷6°C, do đó sơ bộ có thể lấy θ0dt=3°C 5. Nhiệt độ chênh giữa vách thùng và không khí θtk Nhiệt độ từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh theo 2 đường, một bộ phận truyền ra theo phương pháp đối lưu, một bộ phận truyền ra hteo phương pháp bức xạ. Việc tính toán nhiệt cho nửa vách thùng và không khí θtk liên quan đến việc tính toán mặt bức xạ và đối lưu của thùng, tới đây ta tính toán thùng vì thế căn cứ vào nhiệt độ đo cho phép giữa dây quấn và không khí θtk. Cuối cùng sẽ tìm được nhiệt độ chênh giữa thùng và không khí. Trị số θtk phải được kiểm tra xem lại có đạt được nhiệt độ chênh cho phép không. Nếu đạt ta chọn sơ bộ θtk=40°C II. Tính toán nhiệt của thùng dầu Như ta đã biết, thùng dầu đồng thời là vỏ máy của MBA, trên đó có đặt các chi tiết máy rất quan trọng như sứ ra của dây quấn CA và HA, ống phóng nổ, bình giãn dầu Vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu đảm bảo tản nhiệt tốt còn phải đảm bảo các tính năng về điện (như đảm bảo khoảng cách cho phép giữa dây quấn với thùng), có độ bền cơ học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có khả năng rút gọn được kích thước bên ngoài. Việc tính toán ở đây là căn cứ theo yêu cầu tản nhiệt, sau đó kiểm tra lại xem về yêu cầu cần tản nhiệt. 12. Chọn loại thùng dầu Căn cứ vào bảng 57 và dung lượng MBA S =250 KVA. Ta chọn loại thùng vách thẳng và có bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng (kiểu ống góp) có kích thước như hình vẽ Để đảm bảo cho m.b.a tản nhiệt tốt thì loại thùng có các bộ tản nhiệt kiểu ống, đặc biệt là kiểu ống thẳng được sử dụng phổ biến trong thực tế hiện nay. Mục đích của việc chế tạo thùng có các bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng là vừa chế tạo đơn giản, vừa bố trí trên chu vi thùng dầu thuận tiện hơn cácloại tản nhiệt khác là không phải tốn công uốn, khoan lỗ ở vách thùng, có thể hàn trực tiếp hay bắt vào thùng bằng mặt bích tuỳ theo công suất. Mặt khác loại thùng này vẫn dảm bảo làm tăng diện tích bề mặt toả nhiệt để giảm bớt nhiệt độ từ dây quấn, dầu ra ngoài không khí qua vách thùng nhờ phương pháp bức xạ và đối lưu. 13. Chọn kích thước tối thiểu bên trong của thùng a. Chiều rộng tối thiểu của thùng là: B=D1''+S1+S2+d1+S3+S4+d2 (6.14) Đối với MBA ba pha cấp điện áp 10/0,4 KV Trong đó: + D2''=0,47m đường kính ngoài của dây quấn CA + S1=23(mm): khoảng cách dây dẫn ra đến vách thùng của cuộn CA. (theo bảng 31-TL1 với Ut2=55KV) + S2=23(mm): khoảng cách từ dây dẫn ra của dây quấn CA đến bộ phận nối đất (theo bảng 31-TL1 với Ut2=55KV) + S3=33(mm): khoảng cách dây dẫn ra không bọc cách điện của dây quấn HA đến mặt dây quấn CA + S4=25(mm): khoảng cách từ dây quấn ra của dây quấn HA không cách điện đến vách thùng. + d1: Đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn CA: d1=25mm + d2: Đường kính dây dẫn ra có bọc cách điện của dây quấn HA: d2=10mm. Như vậy B=0,47+(23+23+25+33+25+10). 10-3=0,609(m) Để tâm trụ MBA ở giữa ta lấy B=0,6m b. Chiều dài tối thiểu của thùng A=2.C+D2''+2. S5 (6.15) Trong đó: S5: Là khoảng cách giữa dây quấn CA và vách thùng S5=S3+d2+S4=(33+10+25). 10-3=0,068m (6.93) C=0,48m khoảng cách giữa hai tâm trụ cạnh nhau D’’=0,47 Thay số vào ta được: A=2.0,48+0,47+2.0,068=1,566(m) c. Chiều cao của thùng H=H1+H2 (6.18) H1: Là chiều dài từ thùng đến hết chiều cao của lõi sắt H1=LT+2hG+n (6.19) LT=0,3825(m) n=0,04m: Chiều dày tấm lót dưới gông dưới hG: là chiều cao của gông gần đúng có thể tính hG=TGbG TG=0,02566 m2 bG=2.8,9=17,8 cm : là chiều rộng của gông hG=0,025660,178 = 0,144 m Vậy: H1=0,3825+2.0,144+0,04=0,7105(m) H2: Là khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng theo bảng 58 ta chọn H2=0,4m. Nhưng để đảm bảo tản nhiệt thì H2 tăng lên 1,5 lần H2 = 1,5.40 = 60 cm Ta được: H=0,7105+0,6=1,3105(m) 14. Chọn số bộ tản nhiệt: Để phù hợp với kích thước của thùng cũng như tăng diện tích bức xạ và đối lưu ta chọn 6 bộ tản nhiệt kiểu ống thẳng 15. Sơ bộ tính diện tích bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng a. Diện tích bề mặt bức xạ của thùng Đối với thùng có đáy ô van Mbx=Mfôv.K (6-21 TL1) Trong đó: Mfôv=[2.(A-B)+Π.B].H (bề mặt đối lưu của thùng phẳng) Mfôv=[2.(1,566-0,609)+3,14.0,609].1,3105=5,014(m2) Ta chọn K=1,5: Hệ số ảnh hưởng hình đáy mặt ngoài thùng. ( theo bảng 59-TL1). Vậy Mbx=5,014.1,5=7,52(m2) b. Bề mặt đối lưu của thùng, căn cứ vào tổng tổn hao, vào nhiệt độ chênh giữa vách thùng và môi trường xung quanh ta xác định bề mặt đối lưu của thùng theo công thức sau: M'dl=1,05.Σp2,5.θtk1,25 – 1,12.Mbx(m2) (6-22 TL1) Trong đó: Σp=p0+pn=688+2266,927=2954,927(W): là tổn hao không tải và ngắn mạch MBA. Mbx=7,52 m2: là diện tích bề mặt bức xạ θtk: Là nhiệt độ chênh của thùng dầu so với không khí xung quanh. Ta căn cứ vào những điều kiện sau để chọn cho thỏa đáng. Ta biết nhiệt độ chênh lâu dài cho phép của dây quấn HA so với môi trường xung quanh khi tải định mức là 60°C do đó độ chênh trung bình của dầu đối với không khí không được quá: θdk=60°C - θ0dtb =60° - 15,31°=44,69°C Với θ0dtb là nhiệt độ chênh trung bình của dây quấn CA (ta lấy giá trị lớn nhất trong hai dây quấn) Do đó nhiệt độ chênh lệch của thùng đối với không khí được tính như sau: θtk=θdk - θdt=44,69-6=38,69°C θdt: là nhiệt độ chênh của dầu với thùng, ta lấy bằng 6°C Ta kiểm tra điều kiện σ.(θdt + θtk)≤60°C σ.θdk≤60°C Với σ=1,2 là hệ số xác định tỷ số giữa nhiệt độ chênh của dầu đối với không khí lúc lớn nhất với trị số trung bình Ta có 1,2.44,69=53,63°C<60°C thỏa mãn Như vậy sơ bộ ta tính được θtk=38,69°C Thay các số liệu vào công thức (6.97) ta được M'dl=1,05.2954,9272,5. 38,691,25 – 1,12.7,52=4,44(m2) 16. Xác định khoảng cách giữa 2 tâm ống góp trên và dưới trong mỗi bộ tản nhiệt (A1) A1 phải thoả mãn điều kiện A1 ≤ H - 34 cm A1=131,05-34=97,05 (cm) Theo điều kiện trên dựa vào bảng 63 ta chọn các bộ tản nhiệt có 2 dãy ống có các số liệu chính sau: Khoảng cách giữa 2 tâm ống trên và dưới: A1 = 90 cm . Khoảng cách tối thiểu tâm trục mặt bích của bộ tản nhiệt đến mặt phẳng dưới và mặt phẳng trên của thành thùng c1 và c2 tương ứng là 8,5 và 10 cm Bề mặt đối lưu của ống: Môdl = 2,733 m2 Trọng lượng một bộ tản nhiệt không kể dầu: Gb = 41,14 kg Trọng lượng dầu của bộ tản nhiệt: G'd = 30 kg Bề mặt đối lưu của hai ống góp: Mgdl = 0,34 m2 17. Xác định lại bề mặt đối lưu thực tế của thùng: Mdl = Mfdl. khdt +Mn. khdn +Môdl. khdô +Mgdl. kghd m2 (theo 6-46 TL1) Trong đó: Mfdl: là bề mặt đối lưu của thùng phẳng và nắp Mfdl=Mbx=[2.(A-B) + Π.B].H . 10-4+ 0,5 . Mn (m2) Theo công thức (6-27 TL1) Với Mn: là diện tích bề mặt nắp thùng dầu: Mn = (π.bn24 + bn.( ln – bn)) . 10-4 (m2) Theo 6-28 TL1 Ở đây +bn : là chiều rộn nắp thùng ( cm) +bn = B + 2.bv = 60,9 +2.5 = 70,9 cm +bv = 5 cm: là chiều rộng vành nắp thùng, (thường là 0,04 ÷ 0,10m) ln : là chiều dài nắp thùng ln = A + 2. bv = 156,6+2.5 = 166,6 cm Mn = (3,14.70,924 +70,9.(166,6 – 70,9)) . 10-4=1,073 (m2) Mfdl=[2.(1,566-0,609)+3,14.0,609].1,3105 +0,5.1,073 =5,55 (m2) Trong đó : +khdl: là hệ số hình dáng của thùng, tra bảng 56 ta có khdl= 1,0 +Mn= 1,073 m2 +khdn = 1,0 : là hệ số hình dáng của nắp thùng +Môdl =6.2,733 m2 : là diện tích bề mặt ống tản nhiệt 6 bộ +khdô =1,26 : là hệ số hình dáng của ống, đối với thùng có bộ tản nhiệt ống thẳng +Mgdl = 6.0.34 m2 :là diện tích của ống góp 6 bộ tản nhiệt đối với ống góp tròn +kghd =1,4 : là hệ số hình dáng của ống góp +Mdl =5,55.1,0+1,073.1,0+6.2,733.1,26+6.0,34.1,4=30,14 m2 18. Nhiệt độ chênh trung bình mặt ngoài của ống đối với không khí: θtk=[1,05(Pn+P0)2,8.Mbx+2,5.Mdl]0,8=[1,05(2266,927+688)2,8.7,52+2,5.30,14]0,8=16,07°C Theo công thức :(6-47 TL1) 19. Nhiệt độ chênh trung bình của dầu sát vách thùng đối với vách thùng: θdt=k1.0,165.k.(Pn+P0)Mdl0,6 °C (6-48 TL1) Mdl= Mfdl + Môdl = 5,55+6.2,733=21,95 m2 Là tổng bề mặt đối lưu của vách thùng phẳng nắp thùng, ống tản nhiệt không kể đến điều kiện đối lưu tốt hay xấu => θdt=0,165.1,05.2954,92721,950,6=3,21 °C 20. Nhiệt độ chênh trung bình của dầu đối với môi trường xung quanh: θ'dk=θtk+θdt=16,07+3,21=19,28°C Theo công thức (6.103_TL1) 21. Nhiệt độ chênh của lớp dầu bên trên đối với môi trường xung quanh: θdk=1,2.θ'dk=1,2.19,28=23,136°C<60°C thõa mãn 22. Nhiệt độ chênh của dây quấn với môi trường: Dây quấn HA: θ0dtbHA=θ0tbHA+θ0d1=0,62+14,27=14,89°C Dây quấn CA: θ0dtbCA=θ0tbCA+θ0d2=0,55+14,76=15,31°C Dây quấn HA: θ0k1=θ0dtbHA+θ'dk=14,89+19,28=34,17°C<60°C Dây quấn CA: θ0k2=θ0dtbCA+θ'dk=15,31+19,28=34,59°C<60°C Vậy nhiệt độ chênh của lớp dầu và dây quấn trong phạm vi cho phép The End Thanks you for watching !!